数控车床加工过程中尺寸精度的控制

1、数控车床加工过程中尺寸精度的控制 尺寸精度是指加工后的工件尺寸和图纸尺寸要求相符合的 程度。 两者不相符合的程度通常是用误差大小来衡量。 误差包括 加工误差、安装误差和定位误差。其中，后两种误差是与工件和 刀具的定位、安装有关，和加工本身无关。要提高加工精度减小 加工误差， 首先要选择高精度的机床， 保证工件和刀具的安装定 位精度，其次主要与数控车床加工工艺有关。 工艺系统中的各组成部分，包括机床、刀具、夹具的制造误 差、安装误差、使用中的磨损都直接影响工件的加工精度。也就 是说，在加工过程中工艺系统会产生各种误差， 从而改变刀具和 工件在切削运动过程中的相互位置关系而影响零件的加工精度。 这

2、些误差与工艺系统本身的结构状态和切削过程有关， 产生加工 误差的主要因素有： 1 加工原理误差 加工原理误差是由于采用了近似的加工运动方式或者近似 的刀具轮廓而产生的误差， 因在加工原理上存在误差， 故称加工 原理误差。 只要原理误差在允许范围内， 这种加工方式仍是可行 的。 2 机床的几何误差 机床的制造误差、 安装误差以及使用中的磨损， 都直接影响 工件的加工精度。 其中主要是机床主轴回转运动、 机床导轨直线 运动和机床传动链的误差。 3 刀具的制造误差及弹性变形 我们很多人都有这样的经历， 就是在前一刀车削了几毫米切 深以后， 发现离想要的尺寸还差几丝或者十几丝时， 再按计划进 行下一刀

3、切削时，发现多切了很多，尺寸可能超差了。那么这样 的情况我们认真分析过其中的原因吗？有人说， 这可能是因为机 床间隙比较大所致，而在同一进刀方向上是不会受间隙影响的， 其真正原因就是弹性形变和弹性恢复。 弹性形变表现在刀具、机床丝杠副、刀架、加工零件本身等 对象的形变， 使刀具相对工件出现后退， 阻力减小时形变恢复又 会出现过切， 使工件报废。 产生形变的最终原因是这些对象的强 度不足和切削力太大。 弹性形变会直接影响零件加工尺寸精度， 有时还会影响几何 精度（如零件变形时容易产生锥度， 因为远离卡盘的位置形变幅 度越大），刀具的强度不足，我们可以设法提高，有时机床和零 件本身的强度， 我们是

4、没法选择或改变的， 所以我们只能从减小 切削力方面着手， 来设法克服弹性形变， 切深越小、 刀具越锋利、 工件材料硬度较低、 走刀速度减小等都会减小实际切削阻力， 都 会减轻弹性形变。 所以为了保证工件的尺寸精度， 我们往往把精加工、 半精加 工和粗加工分开， 也就是说把弹性形变大的和弹性形变小的不同 工序分开进行 （粗加工时追求效率基本不追求精度， 刀具需要偏 钝，侧重强度， 精加工时切削量很小， 追求精度， 刀具侧重锋利， 减小切削阻力），在对刀试切时，就按照不同工序实际加工时的 切深进行试切， 确保试切时和实际加工时阻力和弹性形变幅度大 致相当，确保数控机床坐标系建立准确， 确保普通机床

5、进刀准确； 然后在精加工时尽可能采用比较锋利的刀具， 最大程度减小切削 抗力、减小形变。 刀具的制造误差、 安装误差以及使用中的磨损， 都影响工件 的加工精度。刀具在切削过程中，切削刃、刀面与工件、切屑产 生强烈摩擦，使刀具磨损。当刀具磨损达到一定值时，工件的表 面粗糙度值增大，切屑颜色和形状发生变化，并伴有振动。刀具 磨损将直接影响切削生产率、加工质量和成本。 4 夹具误差 夹具误差包括定位误差、 夹紧误差、 夹具安装误差及对刀误 差等，这些误差主要与夹具的制造和装配精度有关。 4.1 基准不重合误差 当定位基准与工序基准不重合时而造成的加工误差， 称为基 准不重合误差，其大小等于定位基准与

6、工序基准之间尺寸的公 差。 4.2 基准位移误差 工件在夹具中定位时， 由于工件定位基面与夹具上定位元件 限位基面的制造公差和最小配合间隙的影响， 导致定位基准与限 位基准不能重合， 从而使各个工件的位置不一致， 给加工尺寸造 成误差，这个误差称为基准位移误差。 5 转速对加工的影响 正常情况下，大家知道，转速越高，切削的效率越高，效率 就是利润，所以，我们要在条件允许的情况下，运行尽可能高的 转速进行切削。但转速、工件直径确定切削线速度，线速度受工 件硬度、强度、塑性、含碳量、含难切削合金量和刀具的硬度及 几何性能等因素制约， 所以要在线速度限制下选择尽可能高的转 速。另外转速高低选择要根据

7、不同材质的刀具确定， 例如高速钢 加工钢件时， 转速较低时粗糙度较好， 而硬质合金刀具则转速较 高时，粗糙度较好。再者，在加工细长轴或薄壁件时，要注意将 转速调整避开零件共振区，防止产生振纹影响表面粗糙度。 6 切削要素对表面粗糙度的影响 我们知道工件材质较硬时， 加工后工件表面粗糙度较好， 另 外当工件材料的可塑性和延展性越高时（如铜材、铝材），就需 要刀具越锋利才能加工出比较好的表面粗糙度， 灰铸铁加工相对 于钢件加工来说，因为成份复杂，含杂质程度高，就需要刀具硬 度较高。 有些延展性较高强度又较高的合金材料， 就需要锋利却 又能保证强度的刀具，所以就比较难加工（如不锈钢、镍基耐热 合金、

8、钛合金等）。 除了材料对刀具提出要求以外， 切削要素对表面粗糙度也会 产生影响，当精加工切深太小，甚至比刀具刃厚还小时，刀刃已 不能实现正常切削， 所以产生挤压， 也就会出现很差的表面粗糙 度。当切深太大，甚至使刀具产生弯曲时，这时工件材料是被撕 裂下来的，所以在工件上会留下很多丝状铁屑残留和较明显的纹 路。走刀速度对工件表面粗糙度的影响也是相当明显的， 当走刀 速度加快或刀具副偏角不恰当时， 会使走刀纹路高度加大， 也就 使表面粗糙度变差。 刀具不是很锋利的情况下， 切深太小， 甚至比刀刃厚度还小 时，已经不是正常的切削了，只能属于“刮”或“研”，所加工 工件表面粗糙度会下降， 工件表面出现

9、细微白丝， 好像笼罩一层 白雾，所以要注意控制。 在一般的生产状态下，车床的 精度已经确定， 加工所用的刀具和夹具也已经确定， 操作者的熟 练程度也已经确定， 在此种前提下， 要想尽量提高工件的尺寸精 度，笔者认为应该注意以下几个问题。 本文以华中数控操作系统为例说明提高工件尺寸精度的几 个问题。要想提高工件的尺寸精度，二次精加工是不可或缺的， 用设置摩耗和更改尺寸数字即二次精车的方法的基本思路是： 数 控车床对刀后，在粗、精车轮廓之前，把数控装置中粗、精车刀 具的磨耗调出来，把相应的X值或Z值设置成精加工余量即预设 磨耗值， 并在数控加工程序中设置工艺性暂停指令， 起动数控车 床依次对工件进

10、行轮廓的粗、精加工，测量工件各部分的尺寸， 减去精车余量后与零件图中的尺寸中值进行比较， 同值变大， 或 同值变小，修改磨耗来解决；大小变化不同值时，修改加工程序 中该部分的尺寸数字， 与此同时，也可以检查工件的表面粗糙度， 看是否达到要求， 如达不到要求， 修改切削用量如进给量或主轴 转速（或切削速度），最后再精车一次，即二次精车，从而使工 件的尺寸和表面粗糙度都达到图样要求。 笔者在长期的实操加工 中发现在二次精加工过程中可以通过一些措施来提高工件的尺 寸精度。在这里通过一个例子来说明这几条措施。 如图所示，首先说一下加工工艺：先加工右端，从右至左一 直加工到长度为5mm直径为48mm勺轴

11、的位置。凹椭圆先加工左 半部分， 掉头后再加工右半部分， 加工右边时， 在半长轴为 10mm 的椭圆位置加工出直径为 38mn长度为15mn的工艺台阶，这样右 端的退刀槽、螺纹、凹椭圆左半部分等全部一次完成，然后掉头 夹住工艺台阶加工左端部分内轮廓、外轮廓及凹椭圆的右半部 分，最后通过一夹一顶把工艺台阶部分加工成图纸要求的形状。 一般的加工程序在 G71程序段的后面还应该有 GOOX1O0Z1OO M05 MOQ在这里笔者把它们去掉了。这几个程序段的作用是粗 加工后把刀具移到安全位置、主轴停下来、程序暂停，然后测量 工件的尺寸并且结合精加工余量确定零件的当前实际尺寸与当 前理论尺寸相比较，如果

12、有偏差则在刀偏表的X磨损里进行调 整，最后精加工得到工件的最终尺寸。 但笔者在编程的时候把实 现粗加工后测量尺寸的几段程序去掉了。 那么这样的结果就是在 第一次精加工的时候粗加工和精加工连续进行， 那么如果粗加工 后精加工预留量与事先设定的数值不一样， 那么工件的最后尺寸 不就与图纸尺寸有了很大的偏差吗？一般情况下要想进一步提 高工件的尺寸精度， 一般都要进行二次精加工， 即先在 X 磨损里 把磨损值定为1mm（外轮廓）。那么在理论上如果不考虑各种误 差的话在第一次精加工后工件的尺寸比图纸尺寸大1mm然后把 X磨损值由1mn改为0mm进行第二次精加工，就得到了工件的 最后尺寸。 当然第一次精加

13、工后工件的实际尺寸不一定恰好比图纸尺 寸大 1，这个时候就看第一次精加工后工件的实际尺寸比图纸尺 寸大多少，大多少就在X磨损值1上减去多少。例如第一次精加 工之后工件的实际尺寸比图纸要求尺寸大0.95，那么把X磨损 值调整为 1-0.95=0.05mm ，然后第二次精加工，得到工件的最后 尺寸。 采用这种方法与传统的相比有什么优点呢？ 传统的二次精加工在粗车之后第一次精加工之前就要测量 一下尺寸，看粗加工之后的尺寸与我们想要的尺寸是否有偏差， 有的话就要调整进行第一次精加工， 进行第二次测量尺寸， 再与 我们想要的尺寸相比较，有偏差的话进行第二次调整X磨损值， 最后进行第二次精加工， 得到最后

14、的尺寸。 看起来经过两次的测 量、调整加工出来的工件的尺寸精度应该比较高， 但是这里面也 有不足之处：首先，我们第一次测量是在粗加工之后进行的，而 粗加工之后工件的表面粗糙度比较大，在此种情况之下我们测 量，工件表面的粗糙度会影响我们的测量结果， 导致我们的测量 结果存在比较大的误差， 第一次精加工之后工件的表面粗糙度变 小了，但我们测量读数的时候由于各方面因素的影响也会存在一 些误差。 这样两次误差累加形成的综合误差就比较大。 而采用笔 者所介绍的这种方法只需要测量一次， 并且是在精加工之后进行 的，测量受工件表面粗糙度的影响比较小， 并且不象传统方法有 累加误差， 所以这种方法可以提高工件的尺寸精度， 还可以提高 生产效率。 在实际加工过程中我们第二次精加工之前所加工的尺寸可 能不止一个，并且这几个尺寸与理想尺寸的偏差可能不是一致 的。比如在上述例子中在第一次精加工完右端后我们要测